幀祥小編小敏告訴您最新發現，目前，一種利用超表面(metasurface)對光場進行控制的技術吸引了很多影像光學以及光學鏡頭設計工作者的注意，因為超表面強大的光場操控力，同時又是一種極薄的材料，可以制作成超薄的平面超透鏡。一個典型的例子是來自哈佛大學的團隊利用這一原理實現的超透鏡技術：他們用單個超透鏡（厚度與波長在同一量級）聚焦了 470nm 到 670nm 波段的光，近乎涵蓋了整個可見光譜的中心波段，而且達到了高分辨率、無色散的神奇效果。
我們知道，所有用于成像的光學鏡頭都是由各種各樣的設計好優良參數的透鏡及反射鏡組合而成，而的傳統鏡片必須經過手工精心打磨，透鏡曲率、厚度、折射率或組裝過程中的任何誤差都會嚴重影響鏡片的性能。然而這種新型的超透鏡只有一個生產步驟，并且無需經過繁復的組裝過程，與復合標準消色差透鏡相比，這樣的鏡片的厚度和設計復雜度都顯著降低。
傳統的光學鏡頭由各種參數的鏡片組成
技術發展歷史及原理
傳統影像光學中鏡頭中最重要的光學器件如透鏡，反射鏡及棱鏡都是基于光的反射與折射特性的。這種新的超表面的技術之所以成為熱點，是與以往的光學元件有本質的不同，這種表面以微小浮雕形式存在的衍射光學元件，是基于光的衍射原理工作的，20世紀70年代集成電路的革命性發展,促進了光波長級別的衍射器件得以設計生產并實際應用。
光學與電子束光刻技術的發展,允許在抗蝕材料上生成高分辨率的復雜條紋。干法刻蝕技術使得通過具有精細線條紋與尖銳邊緣的表面浮雕來控制相位成為可能。金剛石切削機器與激光寫入技術的進展為構造高精度的衍射光學器件提供了新的途徑近年來,商業化的基于晶片的納米加工技術,為一種新的光學器件的產生提供了可能—亞波長光學器件(SubwavelengthOpticalElement,SOE)。
由于具有比光的波長小很多的結構,光與具有非常精細表面結構的器件的相互作用的物理過程,產生了一種新的光處理函數的重組分布。與現有的許多技術相比,這種新的分布具有更高的密度、更高層的整合性,能夠從根本上改變現有的光學系統設計。
在設計理論上，納米尺度衍射器件需要按照嚴格衍射理論來計算，這種器件在物理學需嚴格地應用麥克斯韋方程的邊界條件來描述光與該結構的相互作用。例如,在通信使用的980nm~1800nm的光波和可見光成像的380nm~780nm范圍內,要求這種器件的微觀結構尺寸在幾十到幾百納米的級別。在這種尺度的情況下,將會出現單電子或者量子效應。在過去幾十年,亞波長結構作為納米衍射光柵,其與入射光產生互作用盡管這種光學效應近年來已有研究,但是這種光學器件昂貴的工業制造尚難以實現。在實驗環境中構建亞波長光柵結構需要高能技術,例如,電子束(E-beam)平版印刷術E-beam設備現在能夠產生直徑5~10nm的點,因此,能夠曝光線寬在0.1μm或100nm的條紋。
另外新的技術，如基于微電機械系統(MicroelectroMechaniealSystem,MEMs)的微鏡,允許在光路外進行光學開關控制,由此電子與光學參數才能夠獨立地進行調整以實現全局最優。針對這些器件衍射的研究對于新系統、新技術的發展也將同樣重要。
平面型透鏡
如果一個成像系統的源場(光場、電磁場)具有空間相干的特性,則該源場被稱為相干場,同時可以被描述為復振幅的空間分布。例如,全息就是一種相干成像技術。如果不具有空間相干性,則被稱為非相干場,可以被描述為實數亮度值的空間分布。激光與微波通常代表相干成像的源場,因此,傅里葉變換與衍射對于理解成像非常重要。太陽光通常代表非相干光源,非相干成像同樣可以用傅里葉技術進行分析許多現代計算機成像技術在圖像重構過程中嚴重依賴傅里葉變換及相關的計算算法,如成孔徑雷達、投影重構圖像(包括CT、磁共振成像、共焦顯微鏡、共焦掃描顯微術等),屬于此類技術。
衍射孔徑的尺寸與入射波波長相差不大時,標量衍射理論是成立的。通常這種條件下模型也比較簡單。近些年，設計和生產越來越小的設備成了一個重要的方向,同時隨著越來越復雜的幾何構型和材料屬性的需求,需要尺寸具有一個波長或小于一個波長量級的射光學元件。然而,在這個尺寸范圍內,標量衍射理論是不夠精確的，很難得到準確的解析結果。復雜的模型需要一些更新的計算方法，為此發展出了一些新的方法。其中種是基于有限差分的數值方法,另一種方法是基于傅里葉級數的傅里葉模式分析法,第三是利用有限元方法求解有邊界條件的麥克斯韋方程。
技術展望
綜合來看，相較于復合的消色差透鏡，利用這項新技術可以極大地減小透鏡厚度和設計復雜度，利用超薄的單個超透鏡就能解決了光在傳播過程中的色差問題，并且，利用這個新型的消色差透鏡，能夠實現高質量的白光成像，有望應用到影像光學儀器中。這項研究成果也被認為具有極大的商業潛力，例如使虛擬現實與增強現實相關設備實現輕量化，促進行業的進一步發展。
目前這一技術還需要在成像分辨率、透鏡口徑方面做進的一步的提高，未來如果能與已經非常成熟的折射光學元件混合進入到光學設計中，將會成為下一代光學鏡頭以及新型照明燈具的一個新科技。
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